FPGA实时时钟实验.docx
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FPGA实时时钟实验.docx
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FPGA实时时钟实验
简介
这一节,我将给大家讲解实时时钟部分的内容,我在黑金板上用的实时时钟芯片是DS1302,这块芯片很常见,性价比也很高。
我们主要来讲如何在NIOS中实现其功能,所以DS1302功能介绍我简单概括一下,有问题的XX一下就都知道了。
DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电实时时钟芯片,内含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM,仅需要三根线:
RES(复位),I/O(数据线),SCLK(串行时钟)。
时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信DS1302工作时功耗很低,保持数据和时钟信息时功率小于1mW。
下面看一下电路图吧,下图所示,很简单,三根线就可以搞定了。
硬件开发
首先,我们需要在软核中构建三个PIO模块,方法跟以前讲的一样。
需要注意的是RTC_DATA这个PIO,在构建的过程中,我们将其选择为双向的IO口,因为它是数据线,既要输入也需要输出,如下图所示,红圈处就是我们需要注意的地方,其他两个IO口设置为仅输出。
看看构建好以后的样子吧,如下图是所示
接下来就是自动分配地址,中断,然后开始编译,等待……
回到Quartus后,分配引脚,还是需要注意数据线,也是双向的,分配引脚的时候,要构建双向引脚(bidir),如下图所示。
都设置好以后,我们运行TCL脚本文件,然后开始编译,又是等待……
软件开发
编译好后,我们打开NIOSIIIDE,首先,还是需要编译一下,CTRL+b,编译之后,我们看看system.h有什么变化。
观察后可以看出,里面对了,RTC部分的代码,如下表所示,
#defineRTC_DATA_NAME"/dev/RTC_DATA"
#defineRTC_DATA_TYPE"altera_avalon_pio"
#defineRTC_DATA_BASE0x00201030
……
/*
*RTC_SCLKconfiguration
*
*/
#defineRTC_SCLK_NAME"/dev/RTC_SCLK"
#defineRTC_SCLK_TYPE"altera_avalon_pio"
#defineRTC_SCLK_BASE0x00201040
……
/*
*RTC_nRSTconfiguration
*
*/
#defineRTC_NRST_NAME"/dev/RTC_nRST"
#defineRTC_NRST_TYPE"altera_avalon_pio"
#defineRTC_NRST_BASE0x00201050
……
/*
在这些代码中,我们需要用到的是以下部分
#defineRTC_DATA_BASE0x00201030
#defineRTC_SCLK_BASE0x00201040
#defineRTC_NRST_BASE0x00201050
好的,接下来,我们就开始写程序吧
第一步,修改sopc.h文件,加入以下代码到sopc.h中
#define_RTC
#ifdef_RTC
#defineRTC_SCLK((PIO_STR*)RTC_SCLK_BASE)
#defineRTC_DATA((PIO_STR*)RTC_DATA_BASE)
#defineRTC_RST((PIO_STR*)RTC_NRST_BASE)
#endif/*_RTC*/
没什么可说的,接下来我们在inc文件夹下建立ds1302.h,在其中加入以下内容,跟串口程序一样,里面也有个结构体,用这种方式整合所有的函数和变量。
/*
*===============================================================
*
*Filename:
ds1302.h
*Description:
*Version:
1.0
*Created:
*Revision:
none
*Compiler:
NiosII9.0IDE
*Author:
AVIC
*Company:
金沙滩工作室
*==============================================================
*/
#ifndefDS1302_H_
#defineDS1302_H_
#include"../inc/sopc.h"
//对于双向的IO,操作的过程中要注意改变IO口的方向,置1为输出,置0为输入
#defineRTC_DATA_OUTRTC_DATA->DIRECTION=1
#defineRTC_DATA_INRTC_DATA->DIRECTION=0
typedefstruct{
void(*set_time)(unsignedchar*ti);
void(*get_time)(char*ti);
}DS1302;
externDS1302ds1302;
#endif/*DS1302_H_*/
准备工作都做好以后,接下来我们要做的就是写ds1302的驱动了,根据DS1302的时序图来进行编写,首先我来给看看时序图吧,如下图所示,这个是读数据的时序图,
这个是写数据时序图
还有一个有关寄存器的表格,大家也要注意看一下,如下所示,前面两列是读和写的地址,每次操作时,都先写地址,再传数据。
现在,我们就根据时序图来编写ds1302的驱动,在driver文件夹下建ds1302.c文件,然后添加以下内容,
/*
*=============================================================
*Filename:
ds1302.c
*Description:
*Version:
1.0
*Created:
2009-11-23
*Revision:
none
*Compiler:
NiosII9.0IDE
*Author:
AVIC
*Company:
金沙滩工作室
*
*=============================================================
*/
#include"../inc/ds1302.h"
//函数声明
staticvoiddelay(unsignedintdly);
staticvoidwrite_1byte_to_ds1302(unsignedcharda);
staticunsignedcharread_1byte_from_ds1302(void);
staticvoidwrite_data_to_ds1302(unsignedcharaddr,unsignedcharda);
staticunsignedcharread_data_from_ds1302(unsignedcharaddr);
voidset_time(unsignedchar*ti);
voidget_time(char*ti);
//对DS1302结构体进行初始化,注意结构体中函数指针的初始化方式
DS1302ds1302={
.set_time=set_time,
.get_time=get_time
};
/*
*===FUNCTION====================================================
*Name:
delay
*Description:
延时函数
*==================================================================
*/
voiddelay(unsignedintdly)
{
for(;dly>0;dly--);
}
/*
*===FUNCTION=================================================
*Name:
write_1byte_to_ds1302
*Description:
向ds1302写入1byte数据
*===============================================================
*/
voidwrite_1byte_to_ds1302(unsignedcharda)
{
unsignedinti;
//写数据的时候,RTC_DATA为输出,先设置其为输出
RTC_DATA_OUT;
//以下步骤是处理串行数据的的典型方法,一个位一个位的来判断
for(i=8;i>0;i--)
{
if((da&0x01)!
=0)
RTC_DATA->DATA=1;
else
RTC_DATA->DATA=0;
//根据芯片手册,适当加些延时,不是精确延时
delay(10);
RTC_SCLK->DATA=1;
delay(20);
RTC_SCLK->DATA=0;
delay(10);
da>>=1;
}
}
/*
*===FUNCTION==================================================
*Name:
read_1byte_from_ds1302
*Description:
从ds1302读取1byte数据
*================================================================
*/
unsignedcharread_1byte_from_ds1302(void)
{
unsignedchari;
unsignedcharda=0;
//当读数据的时候,我们要将数据IO设置为输入
RTC_DATA_IN;
//以下是典型的读串行数据的方法
for(i=8;i>0;i--)
{
delay(10);
da>>=1;
if(RTC_DATA->DATA!
=0)
da+=0x80;
RTC_SCLK->DATA=1;
delay(20);
RTC_SCLK->DATA=0;
delay(10);
}
RTC_DATA_OUT;
return(da);
}
/*
*===FUNCTION=================================================
*Name:
write_data_to_ds1302
*Description:
向ds1302写入数据
*===============================================================
*/
voidwrite_data_to_ds1302(unsignedcharaddr,unsignedcharda)
{
RTC_DATA_OUT;
RTC_RST->DATA=0;//复位,低电平有效
RTC_SCLK->DATA=0;
delay(40);
RTC_RST->DATA=1;
//先写地址,再写数据,每次写1字节
write_1byte_to_ds1302(addr);//地址,命令
write_1byte_to_ds1302(da);//写1Byte数据
RTC_SCLK->DATA=1;
RTC_RST->DATA=0;
delay(40);
}
/*
*===FUNCTION===================================================
*Name:
read_data_from_ds1302
*Description:
从ds1302读取数据
*=================================================================
*/
unsignedcharread_data_from_ds1302(unsignedcharaddr)
{
unsignedcharda;
RTC_RST->DATA=0;
RTC_SCLK->DATA=0;
delay(40);
RTC_RST->DATA=1;
//先写地址,再读数据
write_1byte_to_ds1302(addr);
da=read_1byte_from_ds1302();
RTC_SCLK->DATA=1;
RTC_RST->DATA=0;
delay(40);
return(da);
}
/*
*===FUNCTION==================================================
*Name:
set_time
*Description:
设置时间
*================================================================
*/
voidset_time(unsignedchar*ti)
{
unsignedchari;
unsignedcharaddr=0x80;
write_data_to_ds1302(0x8e,0x00);//控制命令,WP=0,写操作
for(i=7;i>0;i--)
{
write_data_to_ds1302(addr,*ti);//秒分时日月星期年
ti++;
addr+=2;
}
write_data_to_ds1302(0x8e,0x80);//控制命令,WP=1,写保护
}
/*
*===FUNCTION==================================================
*Name:
get_time
*Description:
获取时间,读取的时间为BCD码,需要转换成十进制
*================================================================
*/
voidget_time(char*ti)
{
unsignedchari;
unsignedcharaddr=0x81;
chartime;
for(i=0;i<7;i++){
time=read_data_from_ds1302(addr);//读取的时间为BCD码
ti[i]=time/16*10+time%16;//格式为:
秒分时日月星期年
addr+=2;
}
}
OK,我们的驱动写好了,现在我们来写一个main函数来验证一下我们的驱动是否好用吧。
#include
#include"../inc/uart.h"
#include"../inc/ds1302.h"
#include
unsignedchartime[7]={0x00,0x19,0x14,0x17,0x03,0x17,0x10};//格式为:
秒分时日月星期年
intmain()
{
unsignedcharbuffer[50]="\0";
//设置时间
ds1302.set_time(time);
while
(1){
//获取时间
ds1302.get_time(time);
//将我们要的时间格式化一下,如2010-4-415:
25:
00
sprintf(buffer,"20%d-%d-%d%d:
%d:
%d\n",
time[6],time[4],time[3],time[2],time[1],time[0]);
//通过串口发送出去
uart.send_string(sizeof(buffer),buffer);
//延时1秒
usleep(1000000);
}
return0;
}
在上面的程序中,我们获取时间后通过串口发送到上位机,这样也复习了我们上一节讲的串口程序。
当然,大家也可以直接通过printf()打印出来。
在操作ds1302的时候有一点需要注意,ds1302的输入和输出都是8421BCD码进行的,所以我们需要对其进行转换。
不过,输入的时候我是直接输入16进制,比如,我们设置分钟为10的话,我直接输入十六进制的0x10,这样就不需要转化了。
而在输出的时候是必须要转化的,大家在写程序的时候注意这一点。
好了,我们来看看我们的劳动果实,看看串口传出的数据吧。
这一节就讲到这吧,如果有问题请给我留言,或者加入我们的NIOS技术群:
107122106,让我们共同讨论解决,谢谢大家!
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